Решение интегральных уравнений Фредгольма методом замены интеграла квадратурой с двенадцатым порядком погрешности в матричном виде
Автор: Волосова Н.К., Волосов К.А., Волосова А.К., Карлов М.И., Пастухов Д.Ф., Пастухов Ю.Ф.
Журнал: Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика @vestnik-psu-mmi
Рубрика: Математика
Статья в выпуске: 4 (59), 2022 года.
Бесплатный доступ
Предложен алгоритм численного решения уравнения Фредгольма второго рода с непрерывным ядром методом замены интеграла и матричным решением СЛАУ с квадратурной формулой двенадцатого порядка погрешности с числом интервалов интегрирования, кратным десяти. Новая формула, по сравнению с формулой Симпсона, дает 15 значащих цифр для узловых значений функции решения даже при небольшом числе интервалов 10,20 на отрезке за конечное число элементарных операций. Полученный алгоритм имеет двойную точность и минимальное время вычислений. В то время как формула Симпсона совместно с матричным методом решения СЛАУ дает только 6 значащих цифр с числом интервалов интегрирования равным двадцати. Более того, для формулы Симпсона двойная точность недоступна (15 нулей в бесконечной норме невязки решения), так как язык FORTRAN допускает максимальные массивы матриц 200×200. Получены оценки верхней границы допустимого параметра |λ| для матрицы уравнения Фредгольма со строгим диагональным преобладанием или с небольшой нормой интегрального ядра.
Уравнение фредгольма, численные методы, уравнения математической физики, матрица, интегральные уравнения
Короткий адрес: https://sciup.org/147245541
IDR: 147245541 | УДК: 519.6 | DOI: 10.17072/1993-0550-2022-4-9-17
Solution of the Fredholm integral equations method of replacing the integral by a quadrature with the twelfth order of error in matrix form
An algorithm for the numerical solution of the Fredholm equation of the second kind with a continuous kernel by the method of integral replacement and the matrix solution of SLAE with a quadrature formula of the twelfth order of error with a number of integration intervals divisible by ten is proposed. The new formula, compared to Simpson's formula, gives 15 significant digits for the nodal values of the solution function, even with a small number of intervals of 10.20 on a segment in a finite number of elementary operations. The resulting algorithm has double precision and minimal computation time. While Simpson's formula, together with the matrix method for solving SLAE, gives only 6 significant digits with twenty integration intervals. Moreover, double precision is not available for Simpson's formula (15 zeros in the infinite norm of the solution residual), since the FORTRAN language allows maximum matrix arrays of 200×200. Estimates are obtained for the upper bound of the admissible parameter |λ| for the matrix of the Fredholm equation with strict diagonal dominance or with a small norm of the integral kernel.
Список литературы Решение интегральных уравнений Фредгольма методом замены интеграла квадратурой с двенадцатым порядком погрешности в матричном виде
- Бахвалов Н.С., Лапин А.В., Чижонков Е.В. Численные методы в задачах и упражнениях: учеб. пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 240 с. EDN: RBARWH
- Волосова Н.К., Волосов К.А., Волосова А.К. [и др.]. Решение интегральных уравнений Фредгольма с невырожденными ядрами последовательными приближениями квадратурой с десятым порядком погрешности // Тенденции развития науки и образования. 2022. № 85-2. С. 21-25. DOI 10/18411/trnio-05-2022-55/. EDN: CKXBNI
- Численные методы. Лекции. Численный практикум: учеб. пособие к лекционным и практическим занятиям для студентов специальности 1-400101 "Программное обеспечение информационных технологий", 1-980101 "Компьютерная безопасность" / Пастухов Д.Ф., Пастухов Ю.Ф., Волосова Н.К., Волосова К.А., Волосова А.К. Новополоцк. М., 2021. EDN: CLJJLX
- Волков Ю.С., Мирошниченко В.Л. Оценки норм матриц, обратных к матрицам монотонного вида и вполне отрицательным матрицам // Сибирский математический журнал. 2009. Т. 50, № 6. С. 1248-1254. EDN: LABVLZ
- Пастухов Д.Ф., Волосова Н.К., Волосова А.К. Некоторые методы передачи QR-кода в стеганографии // Мир транспорта. 2019. Т. 17, № 3(82). С. 16-39. EDN: RSGSLR
- Чернышев А.Д., Горяйнов В.В., Кузнецов С.В., Никифорова О.Ю. Применение быстрых разложений для построения точных решений задачи о прогибе прямоугольной мембраны под действием переменной нагрузки // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2021. № 70. С. 127-142. DOI: 10.17223/19988621/70/11 EDN: REGKRY